PWMパラメータ
入力電圧 V_in
24.0 V
デューティ比 D
60.0 %
スイッチング周波数
20.0 kHz
負荷電流 I_out
5.0 A
スイッチ特性
MOSFET R_DS(on)
10.0 mΩ
スイッチング時間 t_r+t_f
100 ns
フィルタ設計
インダクタンス L
100 μH
フィルタキャパシタ C
100 μF
—
平均出力電圧 (V)
—
リップル電流 ΔIL (A)
—
推定効率 (%)
—
スイッチング損失 (W)
—
導通損失 (W)
—
フィルタ f_c (Hz)
| 項目 | 値 | 単位 |
|---|---|---|
| 平均出力電圧 | — | V |
| 出力電力 | — | W |
| リップル電流 ΔIL | — | A |
| リップル率 | — | % |
| スイッチング損失 | — | W |
| 導通損失 | — | W |
| 全損失 | — | W |
| 推定効率 | — | % |
| フィルタカットオフ f_c | — | Hz |
| f_sw / f_c 比 | — | — |
計算理論メモ
平均電圧・リップル電流：
$$V_{\text{avg}} = D \cdot V_{\text{in}}, \quad \Delta I_L = \frac{(V_{\text{in}} - V_{\text{avg}}) \cdot D}{L \cdot f_{\text{sw}}}$$スイッチング損失・導通損失：
$$P_{\text{sw}} = \frac{1}{2} V_{\text{in}} \cdot I_{\text{out}} \cdot (t_r + t_f) \cdot f_{\text{sw}}$$ $$P_{\text{con}} = I_{\text{out}}^2 \cdot R_{\text{DS(on)}} \cdot D$$LCフィルタカットオフ：
$$f_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$
設計指針： f_sw/f_c = 10〜20が目標。リップル率ΔIL/I_out = 20〜40%が設計基準値。スイッチング損失は周波数に線形比例するため、高周波化と低損失のバランスがキー。
エンジニア会話 — 「周波数を上げると何が良くなるの？」
🧑🎓 「PWMの周波数って高い方がいいって聞くんですけど、なんでですか？」
🎓 「周波数が高いとスイッチング周期が短くなるから、同じリップル電流でもインダクタを小さくできるんだ。つまり回路を小型化できる。電気自動車のインバータが20〜100kHzを使うのもそのため。」
🧑🎓 「じゃあ無限に高くすればいいんじゃないですか？」
🎓 「スイッチング損失は周波数に比例して増えるんだよ。MOSFETがON/OFFするたびに電圧と電流が重なる瞬間に熱が出る。100kHzで数Wの損失が、1MHzにしたら10倍の損失になる。だから効率と小型化のトレードオフで最適周波数を決める。」
🧑🎓 「SiCやGaNデバイスって最近よく聞きますが、それとどう関係するんですか？」
🎓 「SiC・GaNはスイッチング時間（t_r, t_f）がSiMOSFETの1/10以下なんだ。だからスイッチング損失をほぼゼロに近づけられる。EVのオンボードチャージャーが200〜400kHzで動けるのはSiCのおかげだよ。」